unix网络编程——ioctl 函数的用法详解

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分类： 2.2. 网络 2012-11-26 21:39  3833人阅读  评论(2)  收藏  举报

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1.介绍

Linux网络程序与内核交互的方法是经过ioctl来实现的，ioctl与网络协议栈进行交互，可获得网络接口的信息，网卡设备的映射属性和配置网络接口.而且还可以查看，修改，删除ARP高速缓存的信息，因此，咱们有必要了解一下ioctl函数的具体实现.

2.函数说明

SYNOPSIS
       #include <sys/ioctl.h>

       int ioctl(int d, int request, ...);

DESCRIPTION
       The  ioctl()  function  manipulates the underlying device parameters of
       special files.  In particular, many operating characteristics of  char-
       acter  special  files  (e.g., terminals) may be controlled with ioctl()
       requests.  The argument d must be an open file descriptor.

       The second argument is a  device-dependent  request  code.   The  third
       argument  is  an  untyped  pointer  to memory.  It’s traditionally char
       *argp (from the days before void * was valid C), and will be  so  named
       for this discussion.

       An  ioctl()  request  has  encoded  in it whether the argument is an in
       parameter or out parameter, and the size of the argument argp in bytes.
       Macros and defines used in specifying an ioctl() request are located in
       the file <sys/ioctl.h>.

RETURN VALUE
       Usually, on success zero is returned.  A few ioctl() requests  use  the
       return  value as an output parameter and return a non-negative value on
       success.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

3.参数说明

类别	Request	说明	数据类型
套 接 口	SIOCATMARK SIOCSPGRP SIOCGPGRP	是否位于带外标记 设置套接口的进程ID或进程组ID 获取套接口的进程ID或进程组ID	int int int
文 件	FIONBIN FIOASYNC FIONREAD FIOSETOWN FIOGETOWN	设置/清除非阻塞I/O标志 设置/清除信号驱动异步I/O标志 获取接收缓存区中的字节数 设置文件的进程ID或进程组ID 获取文件的进程ID或进程组ID	int int int int int
接 口	SIOCGIFCONF SIOCSIFADDR SIOCGIFADDR SIOCSIFFLAGS SIOCGIFFLAGS SIOCSIFDSTADDR SIOCGIFDSTADDR SIOCGIFBRDADDR SIOCSIFBRDADDR SIOCGIFNETMASK SIOCSIFNETMASK SIOCGIFMETRIC SIOCSIFMETRIC SIOCGIFMTU SIOCxxx	获取全部接口的清单 设置接口地址 获取接口地址 设置接口标志 获取接口标志 设置点到点地址 获取点到点地址 获取广播地址 设置广播地址 获取子网掩码 设置子网掩码 获取接口的测度 设置接口的测度 获取接口MTU （还有不少取决于系统的实现）	struct ifconf struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq struct ifreq
ARP	SIOCSARP SIOCGARP SIOCDARP	建立/修改ARP表项 获取ARP表项 删除ARP表项	struct arpreq struct arpreq struct arpreq
路 由	SIOCADDRT SIOCDELRT	增长路径 删除路径	struct rtentry struct rtentry
流	I_xxx

4.相关数据结构

 <h2><a name="t4"></a>(1)网络接口请求结构ifreq</h2>
 struct ifreq {
 #define IFHWADDRLEN 6 //6个字节的硬件地址，即MAC
     union {
         char ifrn_name[IFNAMESIZ]; //网络接口名称
     }ifr_ifrn;
     union {
         struct sockaddr ifru_addr; //本地IP地址
         struct sockaddr ifru_dstaddr;//目标IP地址
         struct sockaddr ifru_broadaddr;//广播IP地址
         struct sockaddr ifru_netmask;//本地子网掩码地址
         struct sockaddr ifru_hwaddr;//本地MAC地址
         short ifru_flags;//网络接口标记
         int ifru_ivalue;//不一样的请求含义不一样
         struct ifmap ifru_map;//网卡地址映射
         int ifru_mtu;//最大传输单元
         char ifru_slave[IFNAMSIZ];//占位符
         char ifru_newname[IFNAMSIZE];//新名称
         void __user* ifru_data;//用户数据
         struct if_settings ifru_settings;//设备协议设置
     }ifr_ifru;
 }
 #define ifr_name ifr_ifrn.ifrn_name;//接口名称
 #define ifr_hwaddr ifr_ifru.ifru_hwaddr;//MAC
 #define ifr_addr ifr_ifru.ifru_addr;//本地IP
 #define ifr_dstaddr ifr_ifru.dstaddr;//目标IP
 #define ifr_broadaddr ifr_ifru.broadaddr;//广播IP
 #define ifr_netmask ifr_ifru.ifru_netmask;//子网掩码
 #define ifr_flags ifr_ifru.ifru_flags;//标志
 #define ifr_metric ifr_ifru.ifru_ivalue;//接口侧度
 #define ifr_mtu ifr_ifru.ifru_mtu;//最大传输单元
 #define ifr_map ifr_ifru.ifru_map;//设备地址映射
 #define ifr_slave ifr_ifru.ifru_slave;//副设备
 #define ifr_data ifr_ifru.ifru_data;//接口使用
 #define ifr_ifrindex ifr_ifru.ifru_ivalue;//网络接口序号
 #define ifr_bandwidth ifr_ifru.ifru_ivalue;//链接带宽
 #define ifr_qlen ifr_ifru.ifru_ivalue;//传输单元长度
 #define ifr_newname ifr_ifru.ifru_newname;//新名称
 #define ifr_seeting ifr_ifru.ifru_settings;//设备协议设置
 若是想得到网络接口的相关信息，就传入ifreq结构体.

 <h2><a name="t5"></a>(2)网卡设备属性ifmap</h2>
 struct ifmap { //网卡设备的映射属性
     unsigned long mem_start;//开始地址
     unsigned long mem_end;//结束地址
     unsigned short base_addr;//基地址
     unsigned char irq;//中断号
     unsigned char dma;//DMA
     unsigned char port;//端口
 }

 <h2><a name="t6"></a>(3)网络配置接口ifconf</h2>
 struct ifconf { //网络配置结构体是一种缓冲区
     int ifc_len;//缓冲区ifr_buf的大小
     union {
         char__user *ifcu_buf; //绘冲区指针
         struct ifreq__user* ifcu_req;//指向ifreq指针
     }ifc_ifcu;
 };
 #define ifc_buf ifc_ifcu.ifcu_buf;//缓冲区地址
 #define ifc_req ifc_ifcu.ifcu_req;//ifc_req地址

 <h2><a name="t7"></a>(4)ARP高速缓存操做arpreq</h2>
 /**
  ARP高速缓存操做，包含IP地址和硬件地址的映射表
  操做ARP高速缓存的命令字 SIOCDARP,SIOCGARP,SIOCSARP分别是删除ARP高速缓存的一条记录，得到ARP高速缓存的一条记录和修改ARP高速缓存的一条记录
  struct arpreq{
  struct sockaddr arp_pa;//协议地址
  struct sockaddr arp_ha;//硬件地址
  int arp_flags;//标记
  struct sockaddr arp_netmask;//协议地址的子网掩码
  char arp_dev[16];//查询网络接口的名称
  }

5. 相关代码例子

 <pre name="code" class="cpp">#include <sys/types.h>
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/ioctl.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <netdb.h>
 #include <string.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <net/if.h>
 #include <string.h>

 int main(int argc, char*argv[]) {
     int s,sv6;
     int err;
     s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     if (s < 0) {
         perror("socket error");
         return -1;
     }

 //传入网络接口序号，得到网络接口的名称
     struct ifreq ifr;
     int ia = sizeof( struct ifreq );
     ia = sizeof(struct sockaddr);
    ia = 1;   err = 0;
     bzero(&ifr, sizeof(struct ifreq));
     while (err != -1) {

         ifr.ifr_ifindex = ia++; //得到第2个网络接口的名称
         err = ioctl(s, SIOCGIFNAME, &ifr);
         if (-1 == err) {
             perror("index error");
         } else { //10111111 11111111 11101101 11101000
             char ipbuf[255];
             inet_ntop(AF_INET,
                     &((struct sockaddr_in*) &(ifr.ifr_ifru.ifru_addr))->sin_addr,
                     ipbuf, sizeof(ipbuf));
             printf("the %dst interface is:%s \t addr:%s\n", ifr.ifr_ifindex,
                     ifr.ifr_name, ipbuf);
         }
     }
 //传入网络接口名称，得到标志
     bzero(&ifr,sizeof(struct ifreq));
     memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5);
     err = ioctl(s, SIOCGIFFLAGS, &ifr);
     if (!err) {
         printf("SIOCGIFFLAGS:%d\n", ifr.ifr_flags);
     }

 //得到MTU和MAC
     bzero(&ifr,sizeof(struct ifreq));
     memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5);
     err = ioctl(s, SIOCGIFMTU, &ifr);
     if (err!=-1) {
         printf("SIOCGIFMTU:%d\n", ifr.ifr_mtu);
     }else
         perror("ioctl:");
 //得到MAC地址
     bzero(&ifr,sizeof(struct ifreq));
     memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5);
  //   ifr.ifr_ifindex = 1;
     err = ioctl(s, SIOCGIFHWADDR, &ifr);
     if (-1!=err) {
         unsigned char* hw = ifr.ifr_ifru.ifru_hwaddr.sa_data;
         printf("SIOCGIFHWADDR:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n", hw[0], hw[1],
                 hw[2], hw[3], hw[4], hw[5]);
     }else
         perror("ioctl:");
 //得到网卡映射参数 命令字SIOCGIFMAP

     err = ioctl(s, SIOCGIFMAP, &ifr);
     if (!err) {
         printf(
                 "SIOCGIFMAP,mem_start:%d,mem_end:%d,base_addr:%d,ifr_map:%d,dma:%d,port:%d\n",
                 ifr.ifr_map.mem_start, ifr.ifr_map.mem_end,
                 ifr.ifr_map.base_addr, ifr.ifr_map.irq, ifr.ifr_map.dma,
                 ifr.ifr_map.port);
     }
 //得到网卡序号
     err = ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);
     if (!err) {
         printf("SIOCGIFINDEX:%d\n", ifr.ifr_ifindex);
     }
 //获取发送队列的长度
     err = ioctl(s, SIOCGIFTXQLEN, &ifr);
     if (!err) {
         printf("SIOCGIFTXQLEN:%d\n", ifr.ifr_qlen);
     }
 //获取网络接口IP
     bzero(&ifr,sizeof(struct ifreq));
     memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5);
  //   ifr.ifr_ifru.ifru_ivalue = 2;
     struct sockaddr_in *sin = (struct sockaddr_in*) &ifr.ifr_addr; //保存的是二进制IP
     char ip[16]; //字符数组，存放字符串
     memset(ip, 0, 16);
     err = ioctl(s, SIOCGIFADDR, &ifr);
     if (!err) {
         inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr.s_addr, ip, 16); //转换的字符串保存到ip数组中，第二个参数是要转换的二进制IP指针，第三个参数是转换完成存放IP的缓冲区，最后一个参数是缓冲区的长度
         printf("SIOCGIFADDR:%s\n", ip);
     }

 //查询目标IP地址

     err = ioctl(s, SIOCGIFDSTADDR, &ifr);
     if (!err) {
         inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr.s_addr, ip, 16);
         printf("SIOCGIFDSTADDR:%s\n", ip);
     }
 //查询子网掩码
     bzero(&ifr,sizeof(struct ifreq));
     memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5);
     err = ioctl(s, SIOCGIFNETMASK, &ifr);
     if (!err) {
         inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr.s_addr, ip, 16);
         printf("SIOCGIFNETMASK:%s\n", ip);
     }
 /*
 //设置IP地址，设置网络接口
     inet_pton(AF_INET, "222.27.253.108", &sin->sin_addr.s_addr); //将字符串IP转换成二进制
     err = ioctl(s, SIOCSIFADDR, &ifr); //发送设置本机ip地址请求命令
     if (!err) {
         printf("check IP-----");
         memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
         memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5);
         ioctl(s, SIOCGIFADDR, &ifr);
         inet_ntop(AF_INET, &sin->sin_addr.s_addr, ip, 16);
         printf("%s\n", ip);
     }*/
 //获得接口的广播地址
     memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
     memcpy(ifr.ifr_name, "eth0", 5);
     ioctl(s, SIOCGIFBRDADDR, &ifr);
     struct sockaddr_in *broadcast = (struct sockaddr_in*) &ifr.ifr_broadaddr;
 //转换成字符串
     inet_ntop(AF_INET, &broadcast->sin_addr.s_addr, ip, 16); //inet_ntop将二进制IP转换成点分十进制的字符串
     printf("BROADCAST IP:%s\n", ip);
     close(s);
 }
 </pre><br>
 <pre></pre>
 <br>
 <h1><a name="t9"></a>6.内核主要函数调用框架</h1>
 <p></p>
 <p>内核实现ioctl()函数的是sys_ioctl(),在内核中主要调用框架图以下,它清晰地给咱们展现ioctl的控制传递框架,咱们接下来的内容将根据此图向你们作详细的解释：</p>
 <p><img src="http://img.my.csdn.net/uploads/201211/26/1353937655_1774.jpg" alt=""><br>
 </p>
 <p><br>
 </p>
 <h1><a name="t10"></a>7.小结</h1>
 <p>      本文介绍了ioctrl 主要的用法，固然它还有不少用法，之后会继续追加的，该如函数的用法，主要就是其对应的request列表的用法，便是该函数的第二个参数的用法</p>
 <p><br>
 </p>
 <p>参考： UNIX 网络编程</p>
 <p><a href="http://blog.163.com/jlz_325/blog/static/19174000920126893245653/">http://blog.163.com/jlz_325/blog/static/19174000920126893245653/</a></p>
 <p><a href="http://www.linuxidc.com/Linux/2007-12/9680.htm">http://www.linuxidc.com/Linux/2007-12/9680.htm</a><br>
 </p>
 <p><a href="http://linux.chinaunix.net/techdoc/develop/2007/09/05/967137.shtml">http://linux.chinaunix.net/techdoc/develop/2007/09/05/967137.shtml</a><br>
 </p>
 <p><br>
 </p>